TWI507349B - 利用電場以控制圖案及結構形成之方法與裝置 - Google Patents

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Description

利用電場以控制圖案及結構形成之方法與裝置 【交叉參考之相關申請案】
本申請案主張以下先前提出之同時待審理的暫時專利申請案之優先權：申請於西元2011年8月2日的暫時專利申請案第61/514,461號、及申請於西元2012年6月26日的暫時專利申請案第61/664,690號，其每一者之揭露內容藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。本申請案亦關於共同受讓之國際專利申請案第xx/xxx,xxx號，其名稱為”SYSTEM AND METHOD FOR TISSUE CONSTRUCTION USING AN ELECTRIC FIELD APPLICATOR”，由本案發明人於此案相同日期提出申請，特此藉由參照納入作為本案揭示內容的一部分。
本發明係關於利用奈米至微米尺度物件之圖案或結構的形成，特別是在基板上之膜形成。更具體而言，本發明係關於藉由此等物件之操作之圖案或結構的形成、電場施用器的使用、及使用電場施用器以操作奈米至微米尺度物件的裝置與方法。
奈米技術(即對在1 nm到100 nm尺度物質的操作)的發展，已產生具有藥物、電子、及能量生產等可應用性之材料和裝置。傳統上，在奈米技術的持續發展中存在兩種方式：由下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)。由下而上的方式將奈米成分配置成複合組合(complex assembly)，且已應用於分子組裝(molecular assembly)、原子力顯微術、及DNA工程。自上而下的方式利用較大裝置的作用而建立較小的裝置。舉例來說，原子層沉積(ALD)係一製程，半導體元件藉由該製程被建構於原子層尺度。
為了進一步利用奈米技術的優點，必須高精確性和高生產率地對操作、活化、量測、特性化、及量化奈米物件的能力加 以控制。習知由下而上方式的類似人類之個別的互動操作在擴大到大量生產時是不能勝任的。
然而，利用自上而下方式充分控制奈米物件必須包含類似尺度的電極，該等電極亦建構成產生足以操作奈米物件的力量。由於物理、幾何因素的複雜性和特定應用所需之特殊性，電極設計和處理系統並非直截了當的。因此，需要提供特定控制，以在空間上增進和/或抑制所產生的場與奈米物件之間的相互作用。此外，半導體技術與生物電子製造融合而發展操作奈米物件的嶄新方式是有益的。
除此之外，在半導體處理中，電場控制於操作離子或其他帶電粒子的運動是有效的，如美國專利第7,867,409號所揭露，利用僅在電場存在下呈現介電泳動(dielectrophoretic)特性之介質或粒子的系統並未完善地發展。因此，需要在處理基板上結構期間更佳地控制在處理介質中的奈米或其他小物件。
本發明克服前述問題與已知的習知奈米物件操作和控制的其他缺點及短處。雖然本發明將連同若干實施例加以說明，可理解的是本發明不限定於這些實施例。相反地，本發明包含所有可能包含在本發明的範疇之內的替代、變形、及均等物。這些替代和變形包含例如將新的奈米物件操作和控制解決方案及其對半導體技術的應用加以延伸應用至微米物件的操作和控制、生物電子製造、及其他應用。
根據本發明，使用微米或奈米尺寸物件之基板上的膜處理或其他圖案或物件的形成或改質，係藉由時間和空間受控電場的施加和控制而加以增進。
根據本發明的若干實施例，提供一種處理裝置，其具有一處理腔室，用以容納一處理介質，該處理介質具有在處理一基板之時受到電場所影響的偶極特性；及一基板固持器，用於在該腔室之內固持一待處理基板。該裝置設有至少一個電場施加器， 在該電場施加器藉由一電偏壓加以電性賦能之時，該電場施加器可操作用以在處理期間將基板暴露於能夠影響該處理介質或基板的空間時間電場，且該電偏壓係被選擇以與該介質或其中粒子的偶極特性相互作用。該電場施加器可藉由一控制器而可定址且可為可替換。設置一分布耦合單元，其可操作用以將一時變電偏壓耦合到該至少一個電場施加器，藉此以影響該介質或粒子的方式對該電場施加器賦能。設置一控制器操作該裝置，以控制所施加電場的時間和空間特徵，俾以影響該處理介質而達成在基板上的處理功效。該處理介質可為氣體或液體。一電場施加器可位於該處理腔室之外且傳輸電場到基板，或位於該處理腔室的內部，例如鄰接該基板。該電場施加器可具有與基板的尺寸實質上相同的尺寸，或具有小於基板尺寸之尺寸而建構成掃掠整個基板。在具有基板的尺寸時，電場施加器可為該裝置的一固定部件，且根據一適當的空間和時域演算法藉由網格結構或其他邏輯電路系統而啟動且定址。在具有較小尺寸時，電場施加器可藉由若干此演算法與相對於基板之運動而加以控制。
根據本發明的若干實施例，該電場處理可包含一照射源，例如微波輻射源、紫外線輻射源、或紅外線輻射源。此外，電偏壓可包含DC電位分量、AC或RF電位、切換式DC電位、另一時變波形、或其組合。該電位可藉由分布耦合單元經由直接電性接觸、或電容式或電感式耦合而施加至電場。該裝置可包含磁場產生器、音場產生器、或光學力產生裝置，以進一步作用於該奈米物件。
在處理裝置的若干實施例中，該處理介質和電偏壓可建構用於基板之上層的選擇性局部沉積。在一具體實施例中，該處理介質和電偏壓建構成用於具有受控定向的奈米碳管(CNT)的沉積。在許多實施例中時變電偏壓係在小於10,000Hz變化，且典型上係在小於1,000Hz變化。
根據本發明的若干方法，利用一處理裝置執行基板的電場處理係藉由：將一待處理基板支承於一腔室；將一處理介質導 入腔室，且其中亦可具有該介質所運載之粒子，且在受到一適當的電場時，該介質和粒子具有偶極構造。接著，施加一時變電偏壓於至少一個電場施加器，以產生電場，該電場適於以所欲方式影響在基板鄰近區域或基板表面處之該處理介質或其中粒子。接著，利用受到影響的處理介質和/或粒子處理基板。該處理可包含例如在基板上建構一或多層，或者例如控制在介質中或至基板上之懸浮介電泳動粒子的運動，特別是當基板係半導體晶圓且該處理係在基板上蝕刻材料或沉積材料至基板上。在若干實施例中，可影響懸浮粒子的運動，以造成不同特性的懸浮粒子在處理介質中沿著不同路徑行進，這可用以造成該懸浮粒子被區分。此外，懸浮粒子可為生化製劑，且該懸浮粒子的運動係藉由施加一靜態或時變電偏壓而部分地加以控制，以將懸浮粒子沉積於該基板上預定的位置。
在若干實施例中，可利用例如微波輻射、紫外線輻射、或紅外線輻射源照射該基板。亦可使用例如燈絲輔助化學汽相沉積法(FACVD,filament-assisted chemical vapor deposition)或起始化學汽相沉積法(iCVD,initiated chemical vapor deposition)執行在基板上將一層沉積或改質。此外，處理介質和電偏壓可加以選擇，以在基板上配置至少一層，以將該基板接合至一第二基板，或加以選擇，以在基板上沉積具有受控定向的奈米碳管(CNT)。在若干實施例中，可選擇處理介質和電偏壓，以影響基板上第一沉積層的結構、定向、或其二者，且可對基板上不同層分別不同地如此執行。
本發明的這些和其他實施例，經由以下的詳細說明，可更容易明白。
現在參照圖示，且特別是圖1，適用於本發明一個以上實施例的處理腔室20被顯示且詳細描述。處理腔室20包含腔室壁22，該腔室壁22圍繞一處理空間24，該處理空間24可填充以 處理介質26，其包含一或多種流體、溶質、和/或擴散劑。例示的處理介質26可包含氛圍氣體、反應氣體、接近真空的低壓蒸汽、膠凝態有機介質、水膠、樹酯、有機溶劑、水、醇類等，且將取決於使用處理腔室20所進行之特定應用。處理空間24的尺寸同樣地取決於該特定應用而相應地改變；然而，處理空間24典型上具有約0.1公升到數公升的容積。
一個以上奈米尺度物件可能懸浮在該處理介質中，該奈米尺度物件可包括具有自小於100 nm到50 μm範圍之寬度尺寸之任何原子、生化、地質(geological)、有機或無機分子、蛋白質、抗體、標靶(target)、聚合物嵌段、及其他類似材料，其通常產生偶極(dipole)特性，為了方便說明此處將該一個以上奈米尺度物件稱作奈米物件28。與可藉由施加均勻電場而使之移動的帶電粒子不同，中性介電物件並無類似地反應。當受到均勻DC電場時，在介質中懸浮的中性介電粒子或部分的介質會發生偶極極化，但對其所施加的力量通常抵銷。然而，當電場係非均勻性時，會發生介電泳動(DEP,dielectrophoretic)運動。另一方面，如圖16A所示，在一非均勻電場中，其中介質較懸浮於該介質中的粒子更為可極化，粒子相對於該介質自較強的電場移開(稱為負介電泳動(n-DEP))。而如圖16B所示，相反地，其中介質與懸浮於該介質中的粒子相較較不可極化，粒子相對於該介質朝向較強的電場移動(稱為正介電泳動(p-DEP))。
施加於偶極物件的介電泳動力亦受到電場的頻率或時間變率(time rate of change)所影響。不同的變率對物件造成不同的影響。細長的物件較球形物件受到電場不同的影響，且細長的物件可受到均勻場的影響，而球形物件則通常不受影響。電場亦可影響液體與固體的交互作用，改變疏水性及親水性，其為介電濕潤(electrowetting on dielectric)之因素。為了處理決定在這些電場中這些偶極物件之最終運動的複雜交互作用，本發明的EFA實施例提供良好開發且靈活的平台，其係精密至足以在具有合理的可重複性、速度、及大規模製造能力的狀況下，將在微米及次 微米範圍之物件控制於在釐米範圍之基板上。用於帶電粒子的電場操作之技術對於這些目的係無法勝任的。
將基板30支橕於基板支撐件32之上，俾使基板30暴露於處理空間24和處理介質26。雖然不必要，一個例示基板30可為直徑300mm且具有厚度約800μm，或預製晶圓，其上具有經薄化的區域。
具有與其連結之偏壓連接件36的電場施加器(之後稱作EFA 34)，可操作性連結至基板30，例如連結至接近基板支撐件32的處理腔室20的腔室壁22、於基板支撐件32中、或於基板30之上。EFA 34與偏壓連接件36可為連結至處理腔室20的固定裝置，或可釋放自如地連結至處理腔室20以達到對於特定使用和應用的可交換性。EFA 34與偏壓連接件36提供基板30的表面處的電場控制。藉由偏壓連接件36，EFA 34可操作性耦合至電壓產生器38，其中電壓產生器38係建構成產生具有選定波形的的交流(AC)電壓、或根據若干所選取的偏壓演算法而變化之若干其他時變電壓。可使用更多的電壓產生器，以對EFA施加更複雜且精密的偏壓演算法，舉例來說，於不同產生器之可變的相位。
在另一實施例中，電場係藉由在電極處數位形成偏壓而加以控制。此種方式對經由程式設計工具建立和改變偏壓演算法提供更高的彈性。不同的特定製程應用可能需要不同的電場演算法。電場強度的典型可實施範圍係在7×103 V/m到2×105 V/m，但是電場強度範圍並不限定於這些數值。
圖1的處理腔室20在處理腔室20底部進行電場控制。圖10，如以下所述，描述一替代的處理腔室20’，其在處理腔室20的頂部進行電場控制。圖15A-15E比較電場控制的不同模式，包括如圖15C-15E所示之具有分布於腔室頂部和底部的電場控制的處理腔室20’的替代實施例的模式、或其中使用多個EFA的其他配置。此外，建構或多或少為固定裝置的EFA，設有電路系統，該電路系統精密到足以個別地偏壓不同的區域，以產生場圖案(以下將更充分地對其加以描述)。另一方面，外部安裝的可替換的 EFA，可整體地或部分地加以硬佈線以產生一個或有限數量的場圖案以處理有限數量的基板，接著以另一EFA替換以產生適合處理另一基板的場圖案。
在若干實施例中，且如圖1所示，處理腔室20可更包含輻射源40，其建構成用以提供處理介質26和/或基板30的原位照射(in situ irradiation)和/或後輻射(post-radiation)。或者是，基板30可包含內部EFA 42(以假想層(phantom)顯示)，其建構成以類似於外部EFA 34的方式加以偏壓。
EFA 34(外部及內部)在典型的實施例中通常可為平面的，通常可與基板30的尺寸一致，且對複數分區44可操作，分區44每一者係一區域，與鄰接分區44相比於該區域中EFA 34可產生一離散力。具有產生一空間時間(spatio-temporal)電場的相同偏壓演算法(產生相同的力效應)的兩個以上鄰接分區44定義一子群(一般性稱作群46，且以圖3A-3C的子群46a-46h加以說明)。在圖3A中，所有分區44具有用以形成電場的空間時間分佈之相同的偏壓演算法，定義單一的群46a。圖3B包括四個子群：包含「A」電場空間時間分佈的第一子群46b、包含「B」電場空間時間分佈的第二子群46c、包含「C」電場空間時間分佈的第三子群46d、及未包含外加電場的第四子群46e。然而，子群不需要為同質的；事實上，在圖3C中，一個5×5分區的第一異質子群46f包括「A」電場空間時間分佈及「B」電場空間時間分佈的交替序列，而在一個4×4分區的第二異質子群中則於「A」及「C」電場空間時間分佈的交替列與「A」及「B」電場空間時間分佈的交替列之間交替。更有其他的子群46h不需限定於特定網格狀的區域。舉例而言，本發明的裝置的電場控制能夠提供在圖3D-3H所示之空間分佈。結果，可產生時間相依的宏觀圖案110a、110b、110c、110d、110e、110f。圖3D-3H描述根據本發明各種實施例的宏觀圖案，且其中空的圖素表示沒有電壓電位，著黑色的圖素表示正的電壓電位，且著陰影的圖素表示負電壓電位。宏觀圖案110a、110b、110c、110d、110e、110f可操作以產生時變電場，以 藉由施加介電泳動力根據所選擇的模型對細胞進行操作。該等細胞因而移動且對準至一最佳位置，使細胞群更為接近，且導致更快速的黏聚(agglomeration)與附著而促進組織的快速成長。
為了產生適當的分區44及實現奈米物件28的特定運動，可將電壓產生器38、偏壓連接件36、EFA 34、內部EFA 42、及/或輻射源40其中一者以上操作性連結至用以控制其運作的電腦48。圖2描述一個電腦48，其可視為代表任何型態的電腦、電腦系統、計算系統、伺服器、硬碟陣列、或可程式裝置，例如多使用者電腦、單一使用者電腦、手持式裝置、網路裝置、或嵌入式裝置等，其適用於根據本發明之實施例。可用利用一個以上網路52的一個以上網路電腦50(例如在一叢集或經由一網路介面(以「網路I/F」54加以描述)的其他分散式計算系統)實現電腦48。雖然應理解術語「計算(電腦)系統」亦可包含符合本發明實施例的其他適合的可程式電子裝置，為簡潔起見，將電腦48稱作「電腦」。
電腦48典型上包含至少一個處理單元(以「CPU」56加以描述)，其連結至記憶體58與若干不同型態的周邊裝置，例如具有一個以上資料庫的大量儲存裝置60、輸入/輸出介面(以「I/O I/F」62加以描述)、及網路I/F 54。記憶體58可包含動態隨機存取記憶體(「DRAM」)、靜態隨機存取記憶體(「SRAM」)、非揮發性隨機存取記憶體(「NVRAM」)、持續記憶體(persistent memory)、快閃記憶體、至少一個硬碟機、及/或另外的邏輯儲存媒體。大量儲存裝置60典型上係至少一個硬碟機，且可位於電腦48之外，例如在一分開的封閉殼體中，或位在一個以上網路電腦50、一個以上網路儲存裝置(包含例如磁帶或光碟機)、及/或一個以上其他網路裝置(包含例如此處所述之伺服器64)。
在各種的實施例中，如在技術領域中所熟知的，CPU 56可為單執行緒、多執行緒、多核心、及/或多元處理單元(未顯示)。在替代實施例中，電腦48可包含複數處理單元，其可包含如在技術領域中所熟知的單執行緒處理單元、多執行緒處理單元、多核 心處理單元、多元處理單元、及/或其組合。類似地，如在技術領域中所熟知的，記憶體58可包含一或多層資料、指令、及/或組合快取記憶體，其中快取記憶體供單一處理單元使用或多個處理單元(未顯示)使用。
電腦48的記憶體58可包含一個以上應用軟體(以「程式碼」66加以描述)、或其他軟體程式，其建構成與作業系統68結合而加以執行，且在有或沒有自大量儲存裝置60的資料庫存取進一步的資訊或資料的狀況下，自動化地執行控制電壓產生器38、偏壓連接件36、及/或輻射源40所需的工作。
熟習此技術者可了解在圖2所示之環境並無意圖限定本發明。實際上，熟習此技藝者可了解在不偏離本發明的範疇下可使用其他替代的硬體和/或軟體環境。
利用電腦48，可操作EFA 34以依需要提供一個以上分區44或子群46之上的電場空間時間分佈。就此而言，EFA 34可包含至少一個網格構件70，在圖4A中顯示網格構件70的第一實施例，其包含以平行陣列排列的複數電極72。電極72每一者可具有在由約0.1 mm2 到約1 mm2 範圍之截面尺寸，且以在約1 mm到約50 mm範圍之距離與鄰接的電極72分隔。雖然所顯示的網格構件70的電極間間距是固定的，但可輕易理解亦可使用不規則的間距。網格構件70可根據選定的波形在特定的相位偏移和時序下，藉由來自電壓產生器38的輸出電壓(舉例來說，峰對峰100 V)，整體地或依據其子群而加以偏壓。可藉由函數波產生器(未顯示)或電腦48產生波形，且若有需要，可利用變壓器(未顯示)將輸出電壓加以升降。
當電場以在基板30表面上之行進波的形式而與奈米物件相互作用時，所施加的電壓產生引力或斥力。在處理介質26之內且鄰近基板30表面的奈米物件28受到該行進波的作用，且根據一個以上電動力學原理(例如電泳或介電泳動)而反應(例如：對準和/或移動)。根據電動力學原理，施加至奈米物件28的力(或力矩)係藉由利用所施加之時變電場的感應偶極的交互作用(由 於介電奈米物件28的極化)而加以感應產生。當電場係均勻的，網格構件70與奈米物件28的累積電荷之間的感應庫倫引力被抵銷(假設在球狀奈米物件之電荷對稱分布)，而於奈米物件上的淨力為零。當電場係非均勻的，感應一淨合力(即非零的)，且該淨合力造成奈米物件28依據電場配置而運動(平移運動、轉動、吸引等)。後者的功效偕同AC或脈衝DC偏壓電位而發生，且被知曉為介電泳動，其係取決於所施加的頻率(在約100 Hz到約100 MHz的範圍，且更通常在1 kHz到10 kHz之範圍)。對於在溶液中且具有大於1 μm的最大寬度尺寸之奈米物件28，介電泳動作用可由Clausius-Mossotti因子模型加以描述；在溶液中且具有小於1 μm的最大寬度尺寸之奈米物件28，呈現較大的表面電荷效應，使得電雙層(electrical double layer)發生，且由於電雙層和電滲傳輸(electro-osmotic transport)，奈米物件的運動更為複雜。
藉由將相繼的電極72的電壓電位適當地相位調整，例如根據方程式1，行進波可藉由同相或異相干涉而產生，且有效於感應產生奈米物件28的運動(旋轉和/或平移)。
V i =V o sin (ω i t +i △φ ) (1)
圖4B描述根據本發明另一實施例的網格構件74，其包 含圖4A的電極72及第二複數電極76，第二複數電極76係相對於自身以平行陣列而排列，且相對於第一複數電極72呈斜角定向。第一複數電極72可根據方程式1而相位偏移，而第二複數電極76則可根據方程式2加以偏移。
V j =V o sin (ω J t +j △φ ) (2)
雖然將電極72、76一般地顯示為正交，但第一和第二電極72、76之間的角位移不須如此限制。然而，在將奈米物件28對準或組合至一個點、一條線、或其他幾何設計時，該特別例示配置可提供聚焦的功效。
分別顯示於圖5A及5B的網格構件78、80係類似於圖4A及4B的網格構件70、74，但更包含面電極(areal electrode) 82，其藉由適當的絕緣層(未顯示)與其他電極72、76分隔。當在有或無施加至第一和/或第二電極72、76的相位偏移電壓電位之狀況下，施加交流或脈波電壓電位至面電極82之時，總電場可提供攪拌或混合力，其用以在處理介質26之內攪拌奈米物件28。面電極82亦可以提供在基板30表面奈米物件28的特定傳輸的方式而加以使用。
包含EFA 34的網格構件的電極不需要為線狀的，亦不需要排列成陣列。舉例來說，在本發明的其他實施例中，電極84可如圖6A所示定向成同心狀網格構件88，或者電極86可如圖6B所示定向成軸狀或弓狀的網格構件90。同心和軸狀電極84、86可與其他電極72、74、82(包括此處所述者)分別或一起使用，且實際上可依據方程式1加以偏壓。
另外其他的網格構件92、94可包含如圖7所示一個以上指狀交叉之平面電極96、98，且其中電極96、98的指部100、102係偏位且加以隔離，以避免電跨接。圖8所示之網格構件94的電極104、106、108、110係相互交織的，且亦可適當地加以隔離。
圖9描述根據本發明又另一實施例的另一網格構件112。網格構件112包含面電極114，其具有複數開口116，該複數開口116通過面電極114延伸，且垂直對準(即指狀交叉)於對應之複數柱電極118。依據處理介質和奈米物件之間的極化率，在正偶極(DP)的狀況下，這個配置將支援增進在柱電極118之上和少許在柱電極118之間之奈米物件的緻密化。在負偶極的狀況下，空乏奈米物件區域將就在柱電極118之上。將迫使奈米物件進入基板之上的懸浮位置，且將促進形成特定的結構。實際的效用將取決於網格構件112之中的幾何關係。在特定介質中藉由適當的輻射進行此預結構化奈米物件分佈的安定化，將在基板的表面上產生結構性或幾何性圖案化鏈狀結構。
該技術領域具有通常知識者，藉由此處之教示，將可輕易明瞭該處理腔室不須限定於圖1所示之構造。關於這點，如圖 10所示，顯示根據本發明另一實施例的處理腔室20’，其具有對厚基板(舉例而言，具有大於約1mm厚度之基板30)的特殊應用性。處理腔室20’類似於圖1的處理腔室(類似的參考符號係關於類似的部件)；然而，EFA 34係位於基板30上方，以自基板30的上方施加電場。圖15A顯示圖1之處理腔室20的電場控制，其具有在腔室底部之單一或類似配置的EFA，而圖15B顯示圖10之處理腔室20’的電場控制，該處理腔室20’具有在腔室頂部的單一或類似配置的EFA。雖然此處未具體顯示，可設想合併頂部和底部方式於電場施加器的其他處理腔室。
圖15A和15B描述以外加單一平面偏壓控制在基板表面之電場的方式，其中顯示如圖1處理腔室配置之在腔室底部的EFA，以及如圖10之於腔室頂部之配置者。圖15C-15E描述利用多個EFA控制電場的方式，該等EFA較佳位於不同層或不同的平面中；所述EFA係描繪於處理腔室20”的頂部和底部。
圖11描述根據本發明又另一實施例的處理腔室120，其具有圍繞處理空間124的腔室壁122，該處理空間124含有處理介質126，其中具有一個以上奈米物件28。一試樣128被支承於處理空間124之內，且暴露於處理介質126。此處具體顯示的電場施加器130，包含具有相連結之偏壓連接件134的複數週期性排列的電極132，建構成用以產生具有選定波形的交流電流，其可以類似於圖1處理腔室20的方式加以操作。具有所選定幾何形狀的該等電極132，以週期性方式在y軸方向互相分隔，俾使沿y軸之鄰接電極構件之間的距離2dty 在約50μm到約1mm之範圍。
電極的形狀和尺寸可加以變化，圖12A-12C中顯示若干範例。圖12A描述電極134a、134b，其具有桿部136和圓形部138a、138b，該等圓形部的半徑可加以選擇，使電極134a的半徑R1 大於電極134b的半徑R2 ，並且電極之鄰接圓形部138a、138b以週期性2dty 分隔，其可在50μm到約1mm電極間距離之範圍。圖12B描述錐形電極140a、140b，其再度以選定週期性2dty 分隔，但具有不同的基座長度，使得電極140a具有基座長度B1 ，其大於 電極140b的基座長度B2 。
又另一範例中，電極142a、142b可在例如圖12C所示之凹面C1 及C2 上有所不同。電極的形狀、尺寸、及週期性可依所欲的奈米物件28的運動及分區44的層內分辨率(in-plane resolution)而加以選擇，且因此不應限定於此處所示之特定形狀、尺寸、及構造。
此外，無論所選定的特定電極形狀和尺寸，電極134a也可如圖13A所示在y軸方向線狀地排列，或也可如圖13B所示在x軸方向加以偏移。藉由偏移電極134a，可配置一個以上群組之電極134a，例如圖14所顯示的，群組每一者以類似於上述電極72、76(圖4B)的方式分別地加以偏壓，以定義具選定空間分辨率的分區44(圖3A)。
雖然以上已將術語「奈米物件」更廣義地定義以適用於多微米尺寸物件，小於100nm的物件尺寸亦適用本發明的多數半導體應用。舉例來說，本發明的半導體應用包含清洗一晶圓，例如在清洗製程中局部地驅動一液體流或其他流體流。本發明的另一半導體應用係施加例如超音波攪拌之流體攪拌於一清洗流體或其他介質。在此狀況下，奈米物件可為此流體的分子。此外，場梯度的時變變化可用以將粒子(視為「奈米物件」)自半導體基板移動至流體。
一般上，如上所述，電場的時變變化可為AC。當施加DC時(至少暫時性地)，粒子傾向朝電極或給定電位偏壓之區域其中一者而移動。通常，當粒子較介質更為可極化時，粒子朝向較強的電場移動，但是當介質較粒子更可極化時，粒子朝向較弱的電場移動。在利用例如簡單正弦AC之AC時，可使粒子聚集於此等電極之間。用於不同目的的時變函數係依據粒子或奈米物件的物理或電性特性，以及介質的特性(舉例來說，介質的黏度或電性特性)。在半導體製造中的各種電漿輔助塗佈或蝕刻製程中，本發明可用以例如藉由移動基板表面的離子等方式控制帶電粒子。此觀念可用於沉積，以改變在半導體基板的局部區域的沉積 率。在具有高電場集中的區域之結構中，例如不同的幾何形狀或導電性之角隅或特徵部周圍，本發明可用以使基板上的電場均勻。
對於半導體製造本發明進一步的應用包含網格結構的「自組裝(self-assembly)」和表面初步處理，將聚合物移至較低的能態、改變關鍵尺寸、蝕刻期間電性充電等。
本發明可用以在例如水膠(其可為高黏性的)之高黏性流體中傳輸粒子。舉例來說，本發明可用以首先移動一種類型的粒子，接著移動不同類型的粒子，選擇區域的電壓和時序或特殊配置以促進粒子選擇。或者，本發明可用以影響流體的運動、或操作介質。不同粒子或介質的選擇性運動主要地可循序地加以進行，但亦可藉由不同訊號的應用而同時地加以進行，雖然這將會使裝置及其控制更為複雜。可有外加一種以上場圖案的大於一個網格或一個網格。時變因子可以例如數百或數千赫茲之DC切換(開啟和關閉)之形式及連續波形之形式。
用以對網格施加電位所需之電路係已知技術。用以對顯示器上畫素賦能的數種已知方式可用以施加電位至該等區域。舉例來說，EFA 34的電極係選擇性可操作以如圖2A所示藉由電路系統49定義複數分區44。電路系統49可包含可程式控制器，其可能係以電腦48之形式。分區44每一者可為一個別的電極或受數個電極作用的區域，其中可施加離散力至粒子和/或介質。若需要，具有相同(同質)或不同(異質)電場的兩個以上鄰接分區44可定義一子群，其可操作以產生施加至粒子之上的選定力量。藉由具體說明待達成的功能，電性設計工程師將能夠提供適當的邏輯系統。因此，此處不詳述此等控制方式。
這個發明的處理裝置的其他結構細節和替代方案，以及此處所載一般觀念的其他應用，被描述於相關且共同受讓之國際申請案第xx/xxx,xxx號，標題為SYSTEM AND METHOD FOR TISSUE CONSTRUCTION USING AN ELECTRIC FIELD APPLICATOR，其由本案發明人於此案相同日期提出申請，特此藉由參照納入作為本案揭示內容的一部分。這個國際申請案描述 使用本發明於組織建構，其中個別細胞係在1到10微米的尺寸、或者構成關注粒子或物件之細胞叢集係在50-100微米之範圍。
時間或時變因子係關於短期性質的改變。舉例而言，當在網格於層與層間或一層之內被改變的狀況下處理細胞層之時，在施加至一層期間且在至另一層之前，將電位暫時改變，以將細胞或細胞叢集移動或定向、或在一層的建構期間控制產生於一層中的電荷。在組織建構中，舉例來說，必須限制場強度，以防止損傷組織。
雖然已藉由描述一個以上實施例說明本發明，且將該等實施例相當詳細地描述，但以上說明描述並無意圖將隨附專利申請範圍之範疇限制或以任何方面限定於此等細節。熟習此技術者可無困難地明瞭其他的優點和變更。因此本發明在其更廣義的實施態樣中不限定於這些具體細節(顯示和描述之代表性裝置和方法與例示範例)。因而，在不偏離一般發明觀念的範疇下可自該等細節加以變更。
20‧‧‧處理腔室
20’‧‧‧處理腔室
20”‧‧‧處理腔室
22‧‧‧腔室壁
24‧‧‧處理空間
26‧‧‧處理介質
28‧‧‧奈米物件
30‧‧‧基板
32‧‧‧基板支撐件
34‧‧‧電場施加器(EFA)
36‧‧‧偏壓連接件
38‧‧‧電壓產生器
40‧‧‧輻射源
42‧‧‧EFA
44‧‧‧分區
46‧‧‧群
46a-46h‧‧‧(子)群
48‧‧‧電腦
49‧‧‧電路系統
50‧‧‧網路電腦
52‧‧‧網路
54‧‧‧網路I/F
56‧‧‧CPU
58‧‧‧記憶體
60‧‧‧大量儲存裝置
62‧‧‧I/O I/F
64‧‧‧伺服器
66‧‧‧程式碼
68‧‧‧作業系統
70‧‧‧網格構件
72‧‧‧電極
74‧‧‧網格構件
76‧‧‧電極
78、80‧‧‧網格構件
82‧‧‧面電極
84‧‧‧電極
86‧‧‧電極
88‧‧‧網格構件
90‧‧‧網格構件
92、94‧‧‧網格構件
96、98‧‧‧電極
100、102‧‧‧指部
104、106、108、110‧‧‧電極
110a、110b、110c、110d、110e、110f‧‧‧圖案
112‧‧‧網格構件
114‧‧‧面電極
116‧‧‧開口
118‧‧‧柱電極
120‧‧‧處理腔室
122‧‧‧腔室壁
124‧‧‧處理空間
126‧‧‧處理介質
128‧‧‧試樣
130‧‧‧電場施加器
132‧‧‧電極
134‧‧‧偏壓連接件
134a、134b‧‧‧電極
136‧‧‧桿部
138a、138b‧‧‧圓形部
140a、140b‧‧‧錐形電極
142a、142b‧‧‧電極
整合於說明書且構成其一部分的隨附圖式，描述本發明的實施例，並且與上述本發明的發明說明和實施方式一起闡明本發明：圖1係根據本發明之裝置的一個實施例之具有電場施加器的處理腔室的示意剖面圖；圖2係根據本發明實施例之一電腦的簡圖，該電腦用於控制圖1的處理腔室的操作；圖2A係一實施例電路系統的邏輯圖，該電路系統用於偏壓圖1裝置的電場施加器；圖3A-3H係圖1的處理腔室之內由電場施加器所產生之例示電場分區的簡圖；圖4A-4B描述本發明的裝置能夠產生的空間偏壓功能；圖5A、5B、6A、6B、7、及8描述根據本發明各種實 施例之適合作為圖1處理腔室之網格構件的網格構件；圖9描述根據本發明又另一實施例的另一網格構件112。
圖10係類似於圖1之根據本發明另一實施例之具有電場施加器的處理腔室的示意剖面圖；圖11係根據本發明一個實施例的具有電場施加器的處理腔室的示意剖面圖；圖12A-13B描述根據本發明各種實施例之呈週期性陣列之電極；圖14係用於提供圖3A所示電場分區之例示於網格狀圖案之圖13A電極群的示意圖；圖15A-15E係類似於圖1及10的示意剖面圖，描述根據本發明之替代實施例的具有電場施加器的處理腔室；及圖16A和16B描述本發明所使用之粒子運動原理，其中在圖16A中介質較微粒子更可極化，於是微粒子自高電場處移開，而在圖16B中，微粒子較介質更可極化-微粒子移動至較高電場處，介質移動至最小電場處。
20‧‧‧處理腔室
22‧‧‧腔室壁
24‧‧‧處理空間
26‧‧‧處理介質
28‧‧‧奈米物件
30‧‧‧基板
32‧‧‧基板支撐件
34‧‧‧電場施加器(EFA)
36‧‧‧偏壓連接件
38‧‧‧電壓產生器
40‧‧‧輻射源
42‧‧‧EFA
48‧‧‧電腦

Claims (40)

  1. 一種處理裝置，包含：一處理腔室，用以容納一處理介質，該處理介質在處理一基板之時受到電場的影響；一基板固持器，用於在該腔室之內固持一待處理基板；至少一個電場施加器，在該電場施加器藉由一電偏壓加以電性賦能之時，該電場施加器可操作用以在處理期間將基板暴露於能夠影響該處理介質的非均勻空間時間電場，且該處理介質在該電場存在下成為偶極的；及一分布耦合單元，可操作用以將一時變電偏壓耦合到該至少一個電場施加器，藉此對該電場施加器賦能，以與該介質或該介質中粒子的偶極特性交互作用；其中，該處理介質或其中粒子受該電場的影響；且一空間時間電場係一電場，其呈時間及相對於基板的位置之函數而變化，在該基板的處理或該基板上的處理中，該函數係有效於將該介質或粒子移動、對準、或予以其他作用；且其中，該至少一個電場施加器係位於該處理腔室之外，且其中該處理腔室建構成將該電場自該至少一個電場施加器傳送至該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項的處理裝置，其中該處理介質係氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項的處理裝置，其中該處理介質係液體。
  4. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該處理介質包含帶電粒子。
  5. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該至少一個電場施加器係可替換的。
  6. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該至少一個電場施加器具有與該基板尺寸實質上相等的尺寸。
  7. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該至少一個電場施加器具有小於該基板尺寸的尺寸，且建構成用以掃掠整個該基板。
  8. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，更包含：一照射源。
  9. 如申請專利範圍第8項的處理裝置，其中該輻射源包含一微波照射源。
  10. 如申請專利範圍第8項的處理裝置，其中該照射源包含一紫外線照射源。
  11. 如申請專利範圍第8項的處理裝置，其中該照射源包含一紅外線照射源。
  12. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該電偏壓包含一DC電位。
  13. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該電偏壓包含一AC或RF電位。
  14. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中由分布耦合單元施加至該至少一個電場施加器的電偏壓，係藉由直接電性接觸所施加。
  15. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中由分布耦合單元施加至該至少一個電場施加器的電偏壓，係藉由電感式耦合所施加。
  16. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中由分布耦合單元施加至該至少一個電場施加器的電偏壓，係藉由電容式耦合所施加。
  17. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，更包含：一磁場產生器。
  18. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，更包含：一音場產生器。
  19. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，更包含：一光學力產生裝置。
  20. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該處理介質和電偏壓係建構成用於該基板之上層之選擇性局部沉積。
  21. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該處理介質和電偏壓係建構成用於具受控定向之奈米碳管(CNT)的沉積。
  22. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該時變電偏壓變化於低於10,000hz。
  23. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一項的處理裝置，其中該時變電偏壓變化於低於1,000hz。
  24. 一種處理裝置，包含：一處理腔室，用以容納一處理介質，該處理介質在處理一基板之時受到電場的影響；一基板固持器，用於在該腔室之內固持一待處理基板；至少一個電場施加器，在該電場施加器藉由一電偏壓加以電性賦能之時，該電場施加器可操作用以在處理期間將基板暴露於能夠影響該處理介質的非均勻空間時間電場，且該處理介質在該電場存在下成為偶極的；及一分布耦合單元，可操作用以將一時變電偏壓耦合到該至少一個電場施加器，藉此對該電場施加器賦能，以與該介質或該介質中粒子的偶極特性交互作用；其中，該處理介質或其中粒子受該電場的影響；且一空間時間電場係一電場，其呈時間及相對於基板的位置之函數而變化，在該基板的處理或該基板上的處理中，該函數係有效於將該介質或粒子移動、對準、或予以其他作用；且其中至少一個電場施加器位於該處理腔室的內部且鄰接該基板，且至少一個電場施加器位於該處理腔室之外。
  25. 一種電場處理方法，包含：設置一電場處理裝置，該裝置包含：一處理腔室，建構成用以容納一基板與一處理介質，該處理介質具有受電場影響之介電特性；至少一個電場施加器；及一分布耦合單元，用於將一電偏壓耦合至可定址的該至少一個電場施加器；在該腔室中支承一待處理基板；將一處理介質導入該腔室；施加一非均勻的時變偏壓於該至少一個電場施加器，俾以產 生電場，以在基板鄰近區域、或基板表面、或其二者，施加一偶極作用於該處理介質上；及以受作用之處理介質處理該基板，其中，該至少一個電場施加器係設置於該處理腔室之外，且其中該處理腔室建構成將電場自該至少一個電場施加器傳送至該基板。
  26. 如申請專利範圍第25項的電場處理方法，其中：該基板的處理包含在該基板上建構一或多層。
  27. 如申請專利範圍第25項或第26項的電場處理方法，其中：該介質或其中的粒子包含中性介電粒子。
  28. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，更包含：以微波輻射、紫外線輻射、或紅外線輻射至少其中之一照射該基板。
  29. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，更包含：利用燈絲輔助化學汽相沉積法(FACVD)、起始化學汽相沉積法(iCVD)、或其二者，在基板上將一層沉積或改質。
  30. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，其中選擇該處理介質和電偏壓，以在該基板上設置用於將該基板接合至一第二基板的至少一層。
  31. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，其中選擇該處理介質和電偏壓，以沉積具受控定向的奈米碳管(CNT)於該基板上。
  32. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，其中選擇該處理介質和電偏壓，以影響基板上一第一沉積層的結構、或定向、或其二者。
  33. 如申請專利範圍第32項的電場處理方法，其中施加一第二電偏壓至該至少一個電場施加器，以產生一第二電場，俾以影響該基板上一第二沉積層的結構、或定向、或其二者。
  34. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，其中選擇含有懸浮粒子的該處理介質及該時變電偏壓，以產生一電場，該電場影響在該處理介質中懸浮粒子的運動。
  35. 如申請專利範圍第34項的電場處理方法，其中該懸浮粒子的運動感應產生該處理介質的整體運動。
  36. 如申請專利範圍第35項的電場處理方法，其中該懸浮粒子的運動造成不同特性的懸浮粒子在該處理介質中循不同的路徑，藉此造成該等懸浮粒子被加以區分。
  37. 如申請專利範圍第34項的電場處理方法，其中該懸浮粒子係生化製劑，且該懸浮粒子的運動係藉由施加一靜態或時變電偏壓而加以控制，以將懸浮粒子沉積於該基板上預定的位置。
  38. 如申請專利範圍第25項到第26項其中任一項的電場處理方法，其中該基板係半導體晶圓。
  39. 如申請專利範圍第38項的電場處理方法，其中該處理包含在該半導體晶圓上蝕刻材料。
  40. 如申請專利範圍第38項的電場處理方法，其中該處理包含在該半導體晶圓上沉積一薄膜。
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